[发明专利]处理碳纤维的方法、纤维增强树脂和制造纤维增强树脂的方法

说明书

技术领域

本发明大致涉及碳纤维的处理方法、纤维增强树脂，和制备纤维增强树脂的方法。

背景技术

碳纤维是一种由非常细的纤维(例如，有效直径在约1nm至约100μm之间)组成的材料，这些细纤维是键和在一起的碳原子使碳原子层主要与纤维的长度方向平行。每个碳纤维都往往强。由碳纤维形成或者含有碳纤维的部件通常比含有替代碳纤维的其它材料的部件轻。

在某种情况下，复合材料可以通过基质树脂和碳纤维复合而成。这些复合材料通常称为碳纤维增强复合材料，其可以应用于各种领域，包括航空应用、土木工程应用、军事应用、赛车以及娱乐/竞技运动等。

发明内容

本发明公开了碳纤维的处理方法。该方法包含在碳纤维表面引入官能团。所述官能团选自胺基、羧基、羟基、羰基及上述基团的组合。该方法还包括使上述官能团与硅烷反应以在碳纤维表面并入硅烷醇部分。

同样，本发明还揭示了纤维增强树脂和制备该纤维增强树脂的方法。

具体地说，本发明涉及以下方面：

1.一种处理碳纤维的方法，包括：

在碳纤维表面引入官能团，所述官能团选自氨基、羧基、羟基、羰基及其组合，和

使所述官能团与硅烷反应在所述碳纤维表面引入硅烷醇部分。

2.第1项所述的方法，其特征在于通过化学、电化学、或物理处理方法实现在所述碳纤维表面引入所述官能团。

3.第1项所述的方法，其中所述硅烷包含可与引入到所述碳纤维表面的所述官能团反应的化学基团。

4.第3项所述的方法，其中所述化学基团选自氨基、羧基、环氧基和异氰酸酯基。

5.第3项所述的方法，其中所述化学基团是异氰酸酯基。

6.第1项所述的方法，其中所述硅烷选自3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基异氰酸酯，(三乙氧基甲硅烷基)丙基异氰酸酯，(三乙氧基甲硅烷基)丁基异氰酸酯，(三乙氧基甲硅烷基)乙基异氰酸酯，(三乙氧基甲硅烷基)甲基异氰酸酯，3-氨基丙基三乙氧基硅烷和3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷。

7.通过第1项所述的方法制得的处理后的碳纤维，其中所述处理后的碳纤维对于玻璃纤维用施胶剂具有反应活性。

8.第7项所述的处理后的碳纤维，其中由所述处理后的碳纤维和所述施胶剂反应形成产物，所述产物可用作多种树脂的增强材料。

9.第8项所述的处理后的碳纤维，其中所述多种树脂选自环氧树脂，聚酯、乙烯基酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚醚砜、聚砜及其组合。

10.一种制备纤维增强树脂的方法，包括：

通过在碳纤维的各个表面引入硅烷醇部分对所述表面进行改性；

用偶联剂与处理后的碳纤维反应以形成树脂增强材料；和

在树脂中引入所述树脂增强材料。

11.第10项所述的方法，其中对碳纤维各个表面的处理通过以下实现：

在碳纤维表面引入官能团，所述官能团选自氨基、含氧基团及其组合；以及

使所述官能团与硅烷反应以在碳纤维表面引入所述硅烷醇部分。

12.第11项所述的方法，其中所述含氧基团选自羧基、羟基和羰基。

13.第11项所述的方法，其中在所述碳纤维表面引入所述官能团是通过化学、电化学或物理处理方法实现的。

14.第11项所述的方法，其中所述硅烷含有能与所述碳纤维表面引入的所述官能团化学反应的化学基团。

15.第14项所述的方法，其中所述化学基团选自氨基、羧基、环氧基和异氰酸酯基。

16.第10项所述的方法，其中所述偶联剂选自N-β(氨乙基)-γ-氨丙基-甲基二甲氧基硅烷，N-β(氨乙基)-γ-氨丙基-三甲氧基硅烷，γ-氨丙基-三乙氧基硅烷，γ-缩水甘油醚基丙基-三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、N-丙基-三甲氧基硅烷、氨烷基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷。

17.一种纤维增强树脂，包含：

基体树脂；和

引入到所述基体树脂中的树脂增强材料，所述树脂增强材料是用硅烷醇部分处理过的并附着有偶联剂的碳纤维。